某水電站當(dāng)卡料場(chǎng)土料運(yùn)輸方案研究

呂 衛(wèi)，蘇元舟

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

1 概 述

1.1 工程概況

雙江口水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州馬爾康市金川縣境內(nèi)，為大渡河干流第5個(gè)梯級(jí)電站，是大渡河上游控制性水庫(kù)電站工程。工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，水庫(kù)正常蓄水位2 500 m，水庫(kù)總庫(kù)容為28.97億m3，具有年調(diào)節(jié)能力。電站裝機(jī)容量2 000 MW，多年平均發(fā)電量約77億kW·h。

工程樞紐建筑物主要由礫石土心墻堆石壩、右岸洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞、左岸豎井泄洪洞、左岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。

攔河大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高312 m，為目前世界上已建、在建的第一高壩，壩頂高程2 510.00 m，大壩填筑總量約4 500萬(wàn)m3，其中心墻礫石土476.32萬(wàn)m3，接觸黏土15.06萬(wàn)m3，心墻防滲礫石土料采用下游當(dāng)卡料場(chǎng)的天然土料摻入人工加工的礫石料混合形成的礫石土，黏土與礫石摻配比為55:45（重量比）。

1.2 防滲土料場(chǎng)概況

大壩礫石土心墻摻合土料采用當(dāng)卡料場(chǎng)土料。當(dāng)卡土料場(chǎng)位于壩址下游約9 km的大渡河右岸拔河高度約210 m的斜坡上，面積約0.838 km2，分布高程2 420.00～3 040.00 m，相對(duì)高差約600 m，地形坡度約30°。

該料場(chǎng)具二元結(jié)構(gòu)。上部為黃色粉質(zhì)黏土層，厚1.0～16.52 m（表層耕植土厚0.5～0.8 m），含少量角礫，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，有用層總儲(chǔ)量約497.4萬(wàn)m3，無用層約72.2萬(wàn)m3；下部為冰磧塊碎石土。

該料場(chǎng)黃色粉質(zhì)黏土平均天然密度為1.74 g／cm3，干密度 1.52 g／cm3。顆粒組成中，粒徑大于60 mm的礫石含量為2.1%；粒徑60～2 mm的礫石含量為5.4%；粒徑2～0.075 mm砂含量為9.8%；粒徑小于5 mm顆粒含量為94.0%；粒徑小于0.075 mm細(xì)粒含量為82.6%；粒徑小于0.005 mm黏粒含量為21.0%，屬低液限黏土。

該料場(chǎng)土料其防滲抗?jié)B性能可達(dá)到規(guī)程規(guī)范要求；但大于5 mm顆粒含量較低，需摻入粗料以提高其壓縮模量、抗剪強(qiáng)度。

2 可行性研究階段當(dāng)卡土料場(chǎng)運(yùn)輸方案研究

2.1 運(yùn)輸方案

當(dāng)卡料場(chǎng)有用料開采范圍高差約600 m，在2007年可行性研究階段，對(duì)公路汽車運(yùn)輸方案、膠帶機(jī)運(yùn)輸方案、索道運(yùn)輸方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。膠帶機(jī)運(yùn)輸方案技術(shù)條件受限，長(zhǎng)距離大傾角下運(yùn)技術(shù)保證措施缺乏可靠性，初步考慮在當(dāng)卡料場(chǎng)上游端布置10條膠帶機(jī)。膠帶機(jī)全長(zhǎng)3 118 m，最大縱坡13.5°，但倒運(yùn)次數(shù)多、運(yùn)行條件差。索道運(yùn)輸方案單條運(yùn)輸強(qiáng)度低，難以滿足大壩高強(qiáng)度填筑施工需要。經(jīng)比較，采用常規(guī)的公路汽車運(yùn)輸方案作為當(dāng)卡料場(chǎng)運(yùn)輸方案。

結(jié)合料場(chǎng)地形地質(zhì)條件，當(dāng)卡土料場(chǎng)擬采用2 m3正鏟立面開采土料、180HP推土機(jī)輔助集料、15 t自卸汽車運(yùn)輸至料場(chǎng)下方根扎摻合場(chǎng)的常規(guī)開采運(yùn)輸方式。

2.2 運(yùn)輸?shù)缆凡贾?/h3>

料場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆凡捎谩耙桓啥嘀А钡牟贾眯褪剑膊贾靡粭l干線、六層支線公路。料場(chǎng)運(yùn)輸干線自料場(chǎng)下方根扎大橋2號(hào)公路接線，經(jīng)根扎村后緣通過回頭曲線展線上行，至土料場(chǎng)頂部約2 950.00 m高程，道路標(biāo)準(zhǔn)采用礦山三級(jí)公路，荷載等級(jí)為汽-40，路面寬度為8 m，道路全長(zhǎng)10.7 km，平均縱坡為6.78%。料場(chǎng)六層支線公路接線高程分別為2 835.00 m、2 740.00 m、2 690.00 m、2 635.00 m、2 575.00 m和2 520.00 m，料場(chǎng)公路總長(zhǎng)約9.75 km，路面寬度為8 m。

3 當(dāng)卡料場(chǎng)土料運(yùn)輸深化研究

3.1 必要性

當(dāng)卡料場(chǎng)有用料區(qū)域高差約600 m，為滿足土料運(yùn)輸需要，需新建道路約20 km，該方案存在以下問題：

（1）料場(chǎng)自然邊坡約30°，且均為覆蓋層邊坡和土質(zhì)路基，在料場(chǎng)內(nèi)大規(guī)模修建道路有一定難度，且存在路基擋墻和邊坡穩(wěn)定的問題。同時(shí)，由于邊坡較陡，施工中水保、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)較大。

（2）料場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)開采支線運(yùn)輸?shù)缆凡荚O(shè)在開采區(qū)內(nèi)，干線運(yùn)輸?shù)缆芬膊荒芡耆荛_有用料開采區(qū)，道路的修建勢(shì)必造成有用料的浪費(fèi)和無用料的增加，致使工程投資增加，甚至增加料場(chǎng)數(shù)量。

（3）料場(chǎng)干線運(yùn)輸?shù)缆芳s11 km，受地形條件制約，道路展線布置困難，回頭彎多且坡度大（6.78%），汽車重車連續(xù)陡坡下運(yùn)，尤其是雨季安全風(fēng)險(xiǎn)極大。

為加快推進(jìn)雙江口工程建設(shè)，規(guī)避當(dāng)卡料場(chǎng)公路汽車運(yùn)輸方案的風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)當(dāng)卡料場(chǎng)的運(yùn)輸方式進(jìn)行深化研究。

3.2 可行性

近年來，礦山、煤炭、電力行業(yè)采用膠帶機(jī)運(yùn)輸物料的技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展。在水電行業(yè)中，巖灘水電站采用膠帶機(jī)運(yùn)輸砂石骨料，瀑布溝水電站黑馬料場(chǎng)采用大傾角膠帶機(jī)運(yùn)輸土料，向家壩水電站采用超長(zhǎng)膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)送砂石骨料，都促進(jìn)了膠帶機(jī)運(yùn)輸技術(shù)在水電工程的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，通過廣泛調(diào)研各行業(yè)膠帶機(jī)使用情況，開展了當(dāng)卡料場(chǎng)長(zhǎng)距離大傾角膠帶機(jī)運(yùn)輸方案的專項(xiàng)科研。通過論證并經(jīng)國(guó)內(nèi)外專家咨詢，采用“U型深槽皮帶、變頻驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)技術(shù)、皮帶機(jī)上料限載技術(shù)”可以滿足當(dāng)卡土料長(zhǎng)距離大傾角下運(yùn)的要求。

3.3 研究成果

（1）當(dāng)卡料場(chǎng)自然坡度較大，膠帶機(jī)布置既要易于開采設(shè)備向膠帶機(jī)供料，也要利于開采設(shè)備布置，減少占?jí)河杏昧祥_采區(qū)域，滿足高強(qiáng)度供料要求。結(jié)合料場(chǎng)地形條件，依托場(chǎng)內(nèi)中部的一條小沖溝布設(shè)系統(tǒng)，可以同時(shí)滿足4臺(tái)開采設(shè)備向膠帶機(jī)供料。經(jīng)多線路比較，推薦采用“一條膠帶機(jī)分兩段布置在料場(chǎng)中部”的布置方案，其中1號(hào)膠帶機(jī)將土料從2 924.00 m高程運(yùn)輸至2 470.00 m高程，2號(hào)膠帶機(jī)運(yùn)至料場(chǎng)下方2 282.00 m高程。1號(hào)、2號(hào)膠帶機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 1號(hào)、2號(hào)膠帶機(jī)設(shè)計(jì)主要參數(shù)

（2）大壩填筑對(duì)心墻防滲土料的最大需求強(qiáng)度19.7萬(wàn)m3／月，考慮摻合比例及各種損耗后，計(jì)算膠帶機(jī)輸送強(qiáng)度為850 t／h。根據(jù)運(yùn)輸料物粒度小、磨琢性小和運(yùn)量大的特點(diǎn)，綜合考慮宜選用高速皮帶，膠帶宜選用抗拉性能好、成槽性好、彈性伸長(zhǎng)小、使用壽命長(zhǎng)的鋼繩芯膠帶。

4 結(jié) 論

（1）受地形條件限制，當(dāng)卡土料場(chǎng)采用常規(guī)的公路汽車運(yùn)輸方式是可行的，但由于道路布設(shè)難度大、環(huán)水保風(fēng)險(xiǎn)大、汽車連續(xù)重車下坡安全問題突出、有用料浪費(fèi)較大，因此對(duì)料場(chǎng)運(yùn)輸方案進(jìn)行深化研究是必要的。

（2）通過專項(xiàng)科研研究，當(dāng)卡料場(chǎng)采用長(zhǎng)距離大傾角下運(yùn)膠帶機(jī)方案運(yùn)輸土料是可行的。該方案減少了大量公路修建帶來的相關(guān)問題，僅采用約2 000 m的膠帶輸送機(jī)替代十幾公里的公路運(yùn)輸，大大縮短運(yùn)距，工程效益十分明顯。

（3）在解決料場(chǎng)運(yùn)輸這個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過進(jìn)一步的研究論證，采用自動(dòng)化機(jī)械摻合設(shè)備進(jìn)行土料和礫石料的自動(dòng)化摻合，實(shí)現(xiàn)了工程防滲心墻料的膠帶機(jī)連續(xù)運(yùn)輸、自動(dòng)化摻合、自動(dòng)化調(diào)節(jié)含水率；系統(tǒng)智能化控制了土料生產(chǎn)流程，減少了工程占地；提高了摻合料的質(zhì)量，節(jié)約了工程投資，實(shí)現(xiàn)了土料生產(chǎn)全過程控制，為建設(shè)智慧雙江口工程奠定了基礎(chǔ)。